在晶体管、生物芯片、传感器及传感器阵列都向小型化发展的时代，微纳米加工技术是制造业发展中的一次变革。随着原子力显微镜（AFM）技术的日益成熟，其应用范围从最初的表面形貌测量发展到纳米级的加工。与传统的加工方法相比，利用AFM机械刻划方法加工微纳米结构技术简单、加工精度高且可对表面进行跟踪，加工后可直接进行测量等优势。靶丸（微球）是热核反应中燃料的容器和所有能量束汇聚的中心，微球表面的质量及表面的结构对打靶实验有着重要的意义。在微球表面加工结构的研究，目前所采用的方法有刀具切削加工和激光加工等，但这些方法都不可避免地存在其缺陷，或者所加工微结构的尺度过大，或者不能满足精度要求，或者只能在微球表面局部的点位置或较小圆周区域的结构加工，而不能进行半球和整个球表面加工微结构，并且目前尚无专门针对在微球表面加工结构的商业化设备。因此，本文将开发专门用于微球表面加工的新装置，通过AFM机械刻划的方法在球表面加工微结构。具体内容如下：首先，利用已有的激光靶丸表面几何状态的测量系统对微球表面进行加工实验，对加工的微结构进行检测，分析加工结果，验证采用AFM在微球表面加工微结构这种方法的可行性。其次，由于已有的测量系统在加工方面存在只能在球冠附近的较小区域内进行加工的问题，不能满足半球面乃至整个球表面加工的要求，因此，本文建立基于AFM系统能够实现在微球表面加工结构的新机械装置；采用有限元方法分析机械系统的静态、动态特性以及温度对系统精度的影响规律，并进行试验模态分析。最后，对新加工系统的精度进行分析，研究各误差对加工结构的影响及进行加工轨迹误差分析，并研究调节偏心误差的方法，以实现球表面加工及进行相应的实验验证，通过对比实验结果得出最适合本系统的调心方案。